关键词：煤矿；带式输送机；永磁同步；驱动；电机
1前言
目前煤矿普遍采用的胶带输送机传动形式及驱动控制方式有：第一种传动形式为：电动机+高速联轴器+减速器+低速联轴器+驱动滚筒，其驱动控制方式主要有：（1）轻负载、小功率的采用电磁启动器直接控制启动运行；（2）中等负载、功率介于40~250kW的，采用电磁软启动控制器控制其启动运行；（3）载荷较大、功率＞250kW的一般采用变频器控制其启动运行；第二种传动形式为：电动机+耦合器+减速器+低速联轴器+驱动滚筒，其驱动控制方式为电磁启动器直接控制，启动性能是通过耦合器来进行调节控制。现用电动机普遍为660/1140V低压电动机，电磁启动器、电磁软启动器、变频器也是660/1140V，耦合器普遍为液力耦合器，偶尔有电磁耦合器等。永磁同步电动机是近几年投入使用的新型高效节能产品，其定子与普通电机一样，由铁芯和绕组组成；而转子则是由铁芯和内嵌永磁体组成，电动机外壳内置蛇形散热水道，以便对运行中的电机进行冷却降温。其结构特点：（1）永磁体在转子内采用了内嵌式结构，不直接面对气隙，使得永磁体受到的去磁场小；（2）定子绕组采用了耐电晕烧结扁铜线，有效增强了匝间耐击穿的可靠性；（3）冷却水套内部涂覆特种陶瓷耐磨材料，普通水质即可避免水套内结垢堵塞。永磁直驱专用变频控制器是专门针对永磁同步电动机直接驱动的低频率、低转速、大转矩、启动困难、控制不当易发生堵转、电机烧毁等特点而专门设计制造的，其特点：（1）采用三电平特殊拓扑结构，大大削弱了输出谐波含量输出波形几近完美正弦波。与传统的两电平变频相比，主要表现在以下几方面：①输出电压峰值过高，引起电机转子绕组绝缘击穿；②半导体开关器件产生很大的电压应力和很大开关损耗，使效率降低；③高次谐波对附近的通讯或其他控制设备产生严重干扰等；④较高的共模电压会产生轴电流损坏电机轴承。（2）变频器直流侧每相桥臂上增加钳位IGBT；（3）采用无速度传感器矢量控制，频率在0.5Hz时，能够保证150%的额定转矩；（4）除变频器常规保护外，可与胶带机综合保护装置对接完成各项安全保护，可监测电机及胶带机各滚筒轴承温度并发出预警。
2永磁电机的应用分析
2.1占用空间及布置结构
采用永磁同步电机结合变频控制器替代较常规的驱动系统中 “Y、△”型鼠笼电机，通过高速联轴器、减速器和低速联轴器与驱动滚动连接，且在胶带输送机软启动中不需要安装液力耦合器。采用永磁同步电机可以对胶带输送机机头位置复杂的驱动架结构进行简化，将原本复杂的驱动架结构变成占用空间相对较小的三角架支撑结构。多台永磁同步电机对称安装在三角支架上，使得胶带输送机驱动滚筒的安装结构及安装空间更为优化，便于对机头驱动装置的维护安装。驱动装置中省去的液力耦合器、减速器等位置，使得设备的检修空间大幅增大，更有利在狭小巷道内的使用。
2.2 启动方式
胶带输送机的运输主要依靠胶带进行，一般情况下运输的距离较长，胶带输送机无论是出于运输状态或是静止状态，胶带机胶带都存储有大量的弹性势能。若胶带输送机启动速度过快势必会给胶带机胶带短时间内造成较大的冲击，极其容易出现胶带断裂或其他运输事故。永磁同步电机通过插销联轴器与驱动滚筒进行连接，通过变频器直接控制永磁同步电机运转，去除原有驱动系统中的液力耦合器及减速器等，不仅简化了驱动系统的结构组成，而且还可以实现胶带输送机无极控制及软启动。变频器对多台永磁同步电机控制采用主 - 从控制方式，实现多台电机的功率平衡，驱动装置平稳运行，胶带输送机启动过程中多台永磁同步电机的驱动力矩平衡，有效释放胶带输送机胶带存储的弹性势能。
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2.3维护难度
采用永磁同步电机方式传动结构更为合理，传动系统占用的空间大幅降低。设备安装较为方便，更适合井下狭小的空间。同时，由于传动系统采用直驱方式，对设备检查维修时只需要检查驱动电机、连轴器以及变频器等，不需要额外的检查减速器、齿轮箱以及液力耦合器等，降低了维修保养工作量、维修难度及维修工序，为井下的机电维修人员提供更多维修保养操作空间。
2.4提升驱动系统效率
胶带输送机驱动系统采用永磁同步电机，并结合变频器直接控制电机运转，省去了常规胶带输送机驱动装置内采用的液力耦合器、减速器以及齿轮箱等，使得整个驱动系统更为简洁、高效、降低电力消耗。一般胶带输送机采用的异步驱动电机动力系统中，启动过程不平稳，重载启动较为困难，制约整个驱动装置效率的提升。且异步电机在工频下运行时绝大部分时间都未处于满载工况，造成大量的电能损失。永磁同步电机中定子材料里加入稀土制作成为永磁体，不需励磁电流，在电机运转过程中的输出功率可以达到 94%以上，降低电力消耗。同时，永磁同步电机是采用直驱方式，采用的变频控制器更有利于实现电机的功率平衡。在胶带输送机驱动系统采用多台永磁同步电机，通过变频控制器实现电机输出功率的平衡，现场测定功率平衡均在 3%以内，避免了由于电机功率不平衡造成的电机能耗增加，胶带输送机受力不均衡等问题。
3永磁变频电动机直驱带式输送机介绍
3.1提高效率，节约能源
永磁直驱系统传动效率在94%以上，原有异步电动机+液力耦合器+减速机传动效率在76%以下，效率提高了18%以上，大大节约了电能。
3.2启动平稳，运行噪音低，实现软启动
永磁变频电动机直驱带式输送机的变频器可以根据负载情况的变化，通过调整变频输出频率，胶带机可实现从0到额定速度之间无极调速，满足特殊运行情况下的需要，使启动过程平滑稳定，没有机械冲击。
3.3降低了设备的维护量
由于采用直接驱动方式，省去了对液力偶合器、减速器和齿轮的维护，在实际应用中无需更换齿轮油，检修减速箱，节约了使用成本，减低了维护工作量，实现了真正的免维护。
3.4启动转矩大，过载能力强传统
电机的启动转矩通常是额定转矩的55%。与传统驱动系统相比，智能永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的启动转矩是额定转矩的22%，因此当现场需要满载或过载启动时，就能直接启动，不需要人工再把物料卸载，极大地减轻了操作工人的劳动强度，节省了时间，提高了效率，也避免由于堵转、过载等造成的电机损坏，保护了设备的正常运行。
4结束语
永磁变频电动机直驱带式输送机，其起动转矩大，过载能力强的特点，尤其适合煤矿井下胶带输送机的重载起动，大大减轻了现场职工的劳动强度，提高运行效率，具有较高实际应用价值。
参考文献：
[1]王坤，包继华，吴艳.变频在带式输送机多点驱动功率平衡的研究[J].煤矿机械，2010,31(6):66~68.
[2]徐艳红，曾令龙，盛文华.无齿轮永磁同步变频驱动系统在带式输送机中的应用[J].煤矿机电，2013(4):124~125.
[3]吴钦木，韦书龙，李捍东，等.永磁同步电机驱动系统效率优化控制参数变化影响研究[J].电机与控制应用，2012,39(6):18~23,42.
论文作者:陆海宾
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年23期
论文发表时间:2020/5/8